دانشمندان برای اولین بار میدان الکتریکی نامرئی را در اطراف زمین شناسایی کردند

میدان دوقطبی نامیده می شود، میدان الکتریکی که برای اولین بار بیش از ۶۰ سال پیش فرضیه شد و کشف آن نحوه مطالعه و درک رفتار و تکامل دنیای زیبا و همیشه در حال تغییر ما را تغییر خواهد داد.

گلین کالیسون، ستاره شناس از مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا، می گوید: هر سیاره ای با جو باید میدان دوقطبی داشته باشد.

اکنون که در نهایت آن را اندازه گیری کرده ایم، می توانیم یاد بگیریم که چگونه سیاره ما و سایرین را در طول زمان شکل داده است.

زمین فقط یک لکه خاک نیست که در فضا بی اثر باشد. اطراف آن را انواع زمین ها احاطه کرده اند. میدان گرانش وجود دارد. ما چیز زیادی در مورد گرانش نمی دانیم، به خصوص با توجه به اینکه چقدر در همه جا وجود دارد، اما بدون گرانش، سیاره ای نخواهیم داشت. گرانش همچنین به صاف نگه داشتن جو در برابر سطح کمک می کند.

همچنین میدان مغناطیسی وجود دارد که توسط مواد چرخشی و رسانا در داخل زمین ایجاد می شود و انرژی جنبشی را به میدان مغناطیسی تبدیل می کند که به فضا می چرخد. این سیاره ما را از اثرات باد و تشعشعات خورشیدی محافظت می کند و همچنین به جلوگیری از وزش جو کمک می کند.

در سال ۱۹۶۸، دانشمندان پدیده ای را توصیف کردند که تا عصر فضا نمی توانستیم متوجه آن شویم. فضاپیمایی که بر فراز قطب های زمین پرواز می کرد، باد مافوق صوت متشکل از ذراتی را که از جو زمین فرار می کردند، شناسایی کردند. بهترین توضیح برای این موضوع سومین میدان انرژی الکتریکی بود.

کالیسون در ویدئویی توضیح می دهد: ‘این میدان دوقطبی نامیده می شود و عامل هرج و مرج است. با گرانش مقابله می کند و ذرات را به فضا می برد.’

‘اما ما قبلا هرگز نتوانسته ایم این را اندازه گیری کنیم، زیرا ما فناوری آن را نداشتیم. بنابراین، کشتی موشکی Endurance را ساختیم تا به دنبال این نیروی نامرئی بزرگ باشیم.’

در اینجا انتظار می رفت که میدان دوقطبی چگونه کار کند. با شروع از ارتفاع حدود ۲۵۰ کیلومتری (۱۵۵ مایل)، در لایه ای از جو به نام یونوسفر، تابش شدید فرابنفش و خورشید اتم های جو را یونیزه می کند، الکترون های دارای بار منفی را می شکند و اتم را به یونی با بار مثبت تبدیل می کند.

الکترون‌های سبک‌تر سعی می‌کنند به فضا پرواز کنند، در حالی که یون‌های سنگین‌تر سعی می‌کنند به سمت زمین غرق شوند. اما محیط پلاسما سعی می‌کند خنثی بودن بار را حفظ کند، که منجر به ظهور میدان الکتریکی بین الکترون‌ها و یون‌ها می‌شود تا آنها را به هم متصل کند.

این میدان دوقطبی نامیده می‌شود زیرا در هر دو جهت کار می‌کند، به طوری که یون‌ها کششی به سمت پایین و الکترون‌ها به سمت بالا را تامین می‌کنند.

نتیجه این است که جو پف کرده است. افزایش ارتفاع اجازه می دهد تا برخی از یون ها به فضا فرار کنند، چیزی که در باد قطبی می بینیم.

این میدان دوقطبی فوق‌العاده ضعیف خواهد بود، به همین دلیل است که کالیسون و تیمش ابزاری برای تشخیص آن طراحی کردند. ماموریت استقامت، حامل این آزمایش، در می ۲۰۲۲ پرتاب شد و به ارتفاع ۷۶۸.۰۳ کیلومتری (۴۷۷.۲۳ مایل) رسید و قبل از اینکه با داده های ارزشمند و سخت به دست آمده به زمین بازگردد.

و موفق شد. تغییر پتانسیل الکتریکی فقط ۰.۵۵ ولت را اندازه گیری کرد – اما این تنها چیزی بود که لازم بود.

کالیسون می‌گوید: نیم ولت تقریباً هیچ چیزی نیست – قدرت آن فقط به اندازه باتری ساعت است. اما این مقدار مناسبی برای توضیح باد قطبی است.

این مقدار بار برای کشیدن یون های هیدروژن با قدرت ۱۰.۶ برابر گرانش کافی است و آنها را با سرعت مافوق صوت اندازه گیری شده بر فراز قطب های زمین به فضا پرتاب می کند.

یون‌های اکسیژن، که سنگین‌تر از یون‌های هیدروژن هستند، بالاتر می‌روند و چگالی یونوسفر را در ارتفاعات بالا تا ۲۷۱ درصد افزایش می‌دهند، در مقایسه با چگالی آن بدون میدان دوقطبی.

هیجان انگیزتر این است که این فقط اولین قدم است. ما از پیامدهای گسترده‌تر میدان دوقطبی، مدت زمانی که در آنجا بوده، چه می‌کند و چگونه به شکل‌گیری تکامل سیاره ما و جو آن و احتمالاً حتی حیات روی سطح آن کمک کرده است، نمی‌دانیم.

کالیسون می‌گوید: این میدان بخشی اساسی از روش کار زمین است. و اکنون ما در نهایت آن را اندازه گیری کرده ایم، می توانیم در واقع شروع به پرسیدن برخی از این سوالات بزرگتر و هیجان انگیز کنیم.

این تحقیق در Nature منتشر شده است.